干冰

背景

干冰是固态二氧化碳的名称。二氧化碳存在于地球大气中；它是人类呼出的气体，植物用于光合作用。这种化合物无色、无味、无味，密度约为空气的 1.5 倍。二氧化碳在压力和低温下从气体变成不透明的白色固体，在 -109°F (178.5°C) 下变成固体。干冰主要以两种形式制造，一种是重量超过 50 磅（22.7 千克）的干冰块，另一种是大小不一的小块，从一粒米到更大的颗粒。干冰不会融化，而是会升华，这意味着随着温度升高和固体开始消散，固体直接变成气体（绕过液态）。这种不寻常的特征会产生冒烟的效果，干冰在升华时似乎在冒热气。因此，干冰通常用于模拟雾或烟。

干冰本身无毒，但固体表面冰凉，不戴手套不可触摸。此外，虽然气体稳定且惰性，但它比空气重，可以集中在低处或封闭空间。当空气中二氧化碳的浓度超过5%时，二氧化碳就会变得有毒。因此，任何使用干冰的区域都必须通风良好。

将二氧化碳从气体变成固体相对简单。美国有许多干冰制造商，干冰被运往全国各地用于各种用途。它是一种重要的制冷剂，用于在运输过程中保持食品冷藏和防止细菌滋生。用于冷却或冷冻食物的干冰必须非常干净并被视为“食品级”，以确保它可能接触到的食物不会受到污染。由于固体升华而不是融化，因此可以将大量干冰放入运输容器中，而无需考虑使用冰作为制冷剂时积聚的融化水的体积。与食品相关的用途非常广泛，包括快速冷冻食品以备将来在食品加工厂使用、延缓面包店中活性酵母的生长，以及为航空业提供冷藏食品。

其他用途包括：在苗圃减缓花蕾的生长以保持植物对消费者的新鲜、在橡胶工业制造过程中速冻、吸收氨制冷泄漏以及为戏剧制作产生烟雾。干冰最近最重要的应用是干冰喷射（或清洁），其中干冰颗粒被高速抛向待清洁的表面。颗粒剥离污染物的表面，升华到大气中，并且不会留下任何有毒气体。唯一的残留物是留下待处理的污垢或油漆。

历史

干冰不是发明的，而是在 20 世纪初发现了固体二氧化碳的特性。它于 1920 年代首次在美国商业化生产。一家商业企业为 干冰 名称注册了商标 1925 年，固体二氧化碳从那时起就被称为干冰。直到最近，干冰通常被称为热冰， 指的是当一个人触摸冰冷的表面时，手会感到灼痛。

纽约长岛的 Prest-Air Devices 公司似乎于 1925 年首次成功生产干冰。同样在这一年，纽约市的 Schrafft's 首次使用该产品来防止其著名的冰淇淋在他们的客厅内融化。与今天相比，20 世纪中叶干冰更广泛地用于冷藏和冷冻食品。几乎世界上每家冰淇淋店都使用干冰来冷冻冰淇淋，直到二战结束后不久，电制冷变得既经济又高效。干冰的制造几十年来没有显着变化，是一种相对简单的加压和冷却气态二氧化碳的过程。随着更好的电制冷的出现，干冰的使用有所减少。其用途的一些最新进展包括将颗粒用于爆破或清洁，以及越来越多地用于运输医学标本，包括心脏、四肢和组织，以进行再附着和移植。

原材料

用于制造干冰的唯一原材料是二氧化碳。这种原材料是精炼其他产品制造或精炼过程中排放的气体的副产品。在美国，用于制造干冰的大部分二氧化碳来自精炼石油和氨气过程中释放的气体。在这些过程中排放的二氧化碳被吸走并“洗涤”以去除最终成为干冰的食品级二氧化碳的杂质。

制造
过程

1. 二氧化碳通过压缩和冷却液化，在大约 870 磅/英寸的压力下液化 ² (395 公斤/厘米 ² ） 在室温下。液态二氧化碳通过管道被泵入巨大的储罐中，这样干冰制造商就可以去除所需的液体。
2. 液态二氧化碳被大量运输，有时重达数吨。因此，大多数干冰制造商选择将他们的工厂设在靠近石油或氨精炼厂的地方，以保持运输成本的可承受性。加压、冷藏的液态二氧化碳直接通过管道输送到干冰制造商拥有的加压罐或轨道车中，然后运往工厂。
3. 油箱后备箱开到工厂，将液态二氧化碳倒入工厂内的大罐中。这些罐将液体保持在压力下，保持冷藏，使其保持液态。这些储罐位于工厂墙壁附近，当制造需要时，通过管道将液体直接带入内部。
4. 液态二氧化碳再次通过管道从相邻的罐中通过工厂墙壁释放到干冰压机中。当液体从高压环境移动到大气压时，它会高速膨胀和蒸发，导致液体冷却至 -109°F (-78.3°C) 的冰点。喷嘴将液体放入约 16 英尺 (4.9 m) 高的干冰压机的顶部块中。该压机顶部有一个大块，可以对进入其中的产品施加极大的压力。当液态二氧化碳碰到干冰压机的块时，它会立即凝固，因为它现在处于室温。二氧化碳现在类似于雪。
5. 这块雪现在在压机的上部，必须压缩成一块干冰。因此，压机的这个顶部以非凡的压力（约 60 吨）上下移动，将雪压成固体干冰块。这大约是一个五分钟的过程。当块是实心的时，它通常宽约 2 英尺（61 厘米），高 10 英寸（25 厘米），重约 220 磅（100 千克）。
6. 将这块不透明的白色干冰从压机中推出并放到滚筒上。气动锯将木块切成两半，然后将木块推到另一把锯子上，再次切割较小的木块。因此，在干冰压机中制成的单个块现在分为四块，每块重约 55 磅（25 千克）。
7. 较小的块被放入容器中，使块保持低温，从而将升华保持在最低限度。如果作为未包装件运输，则必须将它们紧密包装在容器中， 干冰的形成是一系列化学反应。通常包括四个块，内部允许很少的空气以减少升华。如果在运输过程中移除了一个块，其他块将很快开始消散。许多干冰制造商使用机器将冰块包裹在纸中（明智的做法是不要接触非常冷的表面）并将其发送给分销商或批发商。

质量控制

质量控制问题主要围绕用于制造食品级干冰的二氧化碳的等级。最近，联邦政府对用于制造干冰的二氧化碳的纯度制定了相当严格的标准，促使制造商对所使用的液态二氧化碳以及制造产品的纯度进行认证和测试。

其他质量控制问题包括确保储罐和设备准确工作。如果压力保持不当，产品将无法生产。快速有效地将产品从切割到储存非常重要，因为干冰在室温下会迅速升华，从而降低可销售产品的重量和价格。运输必须紧密包装块以减少运输过程中的升华。

副产品/废物

在干冰的生产过程中不会产生显着的化学物质。由于产品仅由二氧化碳制成，当产品升华时，气体会排放到大气中。唯一可检测到的废物是以块状形式升华的产品，这种情况保持在最低限度。

未来

虽然干冰在冷藏和食品储存中的使用可能会减少，但它在其他领域的使用仍有一些希望。如上所述，房屋清洁工和机械操作员对小型干冰颗粒感兴趣，因为它们能够在高压下轰击房屋或机器，去除污垢或其他污染物，然后消散到大气中。最近，一家电话公司使用干冰颗粒在不使用危险溶剂的情况下安全地清洁敏感的电子测试设备。车身维修店发现，将干冰涂在车身凹痕上有时可以消除变形。此外，对干冰块的测试提倡将其放入地鼠洞中以消灭害虫或将其放在后院以吸引蚊子以使其远离人类。

哪里可以了解更多

书籍

Russell, Allan S. McGraw-Hill 科技百科全书。 卷。 5. 纽约：1997 年。

方便的科学答案书。 第二版。底特律：1997 年。

其他

“干冰。” About.com 网页。 2001 年 8 月。。

dryicinfo.com 主页。 2001 年 7 月。。

对查克·海因斯的采访。北极干冰公司的所有者。巴尔的摩。 2001 年 7 月 31 日。

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